Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla

Translated title of the contribution: Joining of silicon nitride to metals with vacuum brazing

Mika Siren, Liisa Heikinheimo

    Research output: Book/ReportReport

    Abstract

    Piinitridin hyvät korkean lämpötilan ominaisuudet, erityisesti lujuus ja korroosionkestävyys, tarjoavat huomattavia mahdollisuuksia energiateollisuuden sovelluksiin. Keraamin liitettävyyden ja liittämismenetelmien parantamisella on avainasema komponenttien kehitystyössä. Piinitridin liittämiseen liittyvät ongelmat ovat samankaltaisia kuin muillakin konstruktiokeraameilla, mutta liittämisen yhteydessä syntyvien jäännösjännitysten merkitys korostuu piinitridin pienen lämpölaajenemiskertoimen vuoksi. Keraami metalliliitosten valmistuksessa käytetään yleisimmin erilaisia diffuusioliittämismenetelmiä, esimerkiksi aktiivista tyhjöjuottamista ja diffuusiohitsausta. Korkea käyttölämpötila asettaa kuitenkin rajoituksia myös liittämismenetelmille; käytettävän juotteen ja mahdollisten välikerrosten sulamislämpötilat määräävät liitoksen korkeimman käyttölämpötilan. Kokeellisen osan tavoitteena oli valmistaa piinitridi metalliliitoksia, joiden käyttölämpötila on yli 1000 oC. Keraami metalliliitoksissa yleisesti käytetyt kaupalliset aktiivijuotteet eivät sovellu näin korkeisiin lämpötiloihin matalan sulamislämpötilansa vuoksi. Koeliitokset valmistettiin pinnoittamalla keraami titaanilla, minkä jälkeen näytteet juotettiin ei aktiivisella palladium nikkelijuotteella. Juotettaessa syntyvien jäännösjännityksien vähentämiseksi käytettiin volframi ja molybdeenivälikerroksia. Juotetut näytteet tarkastettiin rikkomattomasti korkeataajuusultraäänimenetelmällä (C SAM) ja mekaaniset ominaisuudet testattiin leikkauslujuuskokeella. Murtopinnat tarkastettiin visuaalisesti. Ultraäänikuvat vastasivat hyvin liitosten leikkauslujuuksia ja murtopinnan muotoja. Liitoksien lujuutta heikensivät selvimmin korkeasta juottolämpötilasta johtuva liitosten huokoisuus sekä suurten jäännösjännitysten aiheuttamat murtumat keraamissa. Jatkotutkimuksissa tulisi keskittyä juottosyklin kehittämiseen huokoisuuden poistamiseksi sekä jäännösjännitysten vähentämiseen välikerrostekniikalla. Lupaavimpia välikerrosmateriaaleja ovat volframi ja niobi. Myös diffuusiohitsauksen soveltuvuutta korkean lämpötilan keraami metalliliitosten valmistamiseen on selvitettävä.
    Original languageFinnish
    Place of PublicationEspoo
    PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
    Number of pages44
    ISBN (Print)951-38-4433-1
    Publication statusPublished - 1993
    MoE publication typeNot Eligible

    Publication series

    SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
    Number1499
    ISSN1235-0605

    Fingerprint

    palladium
    mink
    metals
    silicon nitride

    Keywords

    • silicon nitride
    • metals
    • joining
    • brazing
    • coating processes
    • titanium
    • palladium
    • nickel
    • tungsten
    • molybdenum

    Cite this

    Siren, M., & Heikinheimo, L. (1993). Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1499
    Siren, Mika ; Heikinheimo, Liisa. / Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 44 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1499).
    @book{81f263da4e3a4426b18cda37740528aa,
    title = "Piinitridin liitt{\"a}minen metalleihin tyhj{\"o}juottamalla",
    abstract = "Piinitridin hyv{\"a}t korkean l{\"a}mp{\"o}tilan ominaisuudet, erityisesti lujuus ja korroosionkest{\"a}vyys, tarjoavat huomattavia mahdollisuuksia energiateollisuuden sovelluksiin. Keraamin liitett{\"a}vyyden ja liitt{\"a}mismenetelmien parantamisella on avainasema komponenttien kehitysty{\"o}ss{\"a}. Piinitridin liitt{\"a}miseen liittyv{\"a}t ongelmat ovat samankaltaisia kuin muillakin konstruktiokeraameilla, mutta liitt{\"a}misen yhteydess{\"a} syntyvien j{\"a}{\"a}nn{\"o}sj{\"a}nnitysten merkitys korostuu piinitridin pienen l{\"a}mp{\"o}laajenemiskertoimen vuoksi. Keraami metalliliitosten valmistuksessa k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n yleisimmin erilaisia diffuusioliitt{\"a}mismenetelmi{\"a}, esimerkiksi aktiivista tyhj{\"o}juottamista ja diffuusiohitsausta. Korkea k{\"a}ytt{\"o}l{\"a}mp{\"o}tila asettaa kuitenkin rajoituksia my{\"o}s liitt{\"a}mismenetelmille; k{\"a}ytett{\"a}v{\"a}n juotteen ja mahdollisten v{\"a}likerrosten sulamisl{\"a}mp{\"o}tilat m{\"a}{\"a}r{\"a}{\"a}v{\"a}t liitoksen korkeimman k{\"a}ytt{\"o}l{\"a}mp{\"o}tilan. Kokeellisen osan tavoitteena oli valmistaa piinitridi metalliliitoksia, joiden k{\"a}ytt{\"o}l{\"a}mp{\"o}tila on yli 1000 oC. Keraami metalliliitoksissa yleisesti k{\"a}ytetyt kaupalliset aktiivijuotteet eiv{\"a}t sovellu n{\"a}in korkeisiin l{\"a}mp{\"o}tiloihin matalan sulamisl{\"a}mp{\"o}tilansa vuoksi. Koeliitokset valmistettiin pinnoittamalla keraami titaanilla, mink{\"a} j{\"a}lkeen n{\"a}ytteet juotettiin ei aktiivisella palladium nikkelijuotteella. Juotettaessa syntyvien j{\"a}{\"a}nn{\"o}sj{\"a}nnityksien v{\"a}hent{\"a}miseksi k{\"a}ytettiin volframi ja molybdeeniv{\"a}likerroksia. Juotetut n{\"a}ytteet tarkastettiin rikkomattomasti korkeataajuusultra{\"a}{\"a}nimenetelm{\"a}ll{\"a} (C SAM) ja mekaaniset ominaisuudet testattiin leikkauslujuuskokeella. Murtopinnat tarkastettiin visuaalisesti. Ultra{\"a}{\"a}nikuvat vastasivat hyvin liitosten leikkauslujuuksia ja murtopinnan muotoja. Liitoksien lujuutta heikensiv{\"a}t selvimmin korkeasta juottol{\"a}mp{\"o}tilasta johtuva liitosten huokoisuus sek{\"a} suurten j{\"a}{\"a}nn{\"o}sj{\"a}nnitysten aiheuttamat murtumat keraamissa. Jatkotutkimuksissa tulisi keskitty{\"a} juottosyklin kehitt{\"a}miseen huokoisuuden poistamiseksi sek{\"a} j{\"a}{\"a}nn{\"o}sj{\"a}nnitysten v{\"a}hent{\"a}miseen v{\"a}likerrostekniikalla. Lupaavimpia v{\"a}likerrosmateriaaleja ovat volframi ja niobi. My{\"o}s diffuusiohitsauksen soveltuvuutta korkean l{\"a}mp{\"o}tilan keraami metalliliitosten valmistamiseen on selvitett{\"a}v{\"a}.",
    keywords = "silicon nitride, metals, joining, brazing, coating processes, titanium, palladium, nickel, tungsten, molybdenum",
    author = "Mika Siren and Liisa Heikinheimo",
    year = "1993",
    language = "Finnish",
    isbn = "951-38-4433-1",
    series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
    publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
    number = "1499",
    address = "Finland",

    }

    Siren, M & Heikinheimo, L 1993, Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1499, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

    Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla. / Siren, Mika; Heikinheimo, Liisa.

    Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 44 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1499).

    Research output: Book/ReportReport

    TY - BOOK

    T1 - Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla

    AU - Siren, Mika

    AU - Heikinheimo, Liisa

    PY - 1993

    Y1 - 1993

    N2 - Piinitridin hyvät korkean lämpötilan ominaisuudet, erityisesti lujuus ja korroosionkestävyys, tarjoavat huomattavia mahdollisuuksia energiateollisuuden sovelluksiin. Keraamin liitettävyyden ja liittämismenetelmien parantamisella on avainasema komponenttien kehitystyössä. Piinitridin liittämiseen liittyvät ongelmat ovat samankaltaisia kuin muillakin konstruktiokeraameilla, mutta liittämisen yhteydessä syntyvien jäännösjännitysten merkitys korostuu piinitridin pienen lämpölaajenemiskertoimen vuoksi. Keraami metalliliitosten valmistuksessa käytetään yleisimmin erilaisia diffuusioliittämismenetelmiä, esimerkiksi aktiivista tyhjöjuottamista ja diffuusiohitsausta. Korkea käyttölämpötila asettaa kuitenkin rajoituksia myös liittämismenetelmille; käytettävän juotteen ja mahdollisten välikerrosten sulamislämpötilat määräävät liitoksen korkeimman käyttölämpötilan. Kokeellisen osan tavoitteena oli valmistaa piinitridi metalliliitoksia, joiden käyttölämpötila on yli 1000 oC. Keraami metalliliitoksissa yleisesti käytetyt kaupalliset aktiivijuotteet eivät sovellu näin korkeisiin lämpötiloihin matalan sulamislämpötilansa vuoksi. Koeliitokset valmistettiin pinnoittamalla keraami titaanilla, minkä jälkeen näytteet juotettiin ei aktiivisella palladium nikkelijuotteella. Juotettaessa syntyvien jäännösjännityksien vähentämiseksi käytettiin volframi ja molybdeenivälikerroksia. Juotetut näytteet tarkastettiin rikkomattomasti korkeataajuusultraäänimenetelmällä (C SAM) ja mekaaniset ominaisuudet testattiin leikkauslujuuskokeella. Murtopinnat tarkastettiin visuaalisesti. Ultraäänikuvat vastasivat hyvin liitosten leikkauslujuuksia ja murtopinnan muotoja. Liitoksien lujuutta heikensivät selvimmin korkeasta juottolämpötilasta johtuva liitosten huokoisuus sekä suurten jäännösjännitysten aiheuttamat murtumat keraamissa. Jatkotutkimuksissa tulisi keskittyä juottosyklin kehittämiseen huokoisuuden poistamiseksi sekä jäännösjännitysten vähentämiseen välikerrostekniikalla. Lupaavimpia välikerrosmateriaaleja ovat volframi ja niobi. Myös diffuusiohitsauksen soveltuvuutta korkean lämpötilan keraami metalliliitosten valmistamiseen on selvitettävä.

    AB - Piinitridin hyvät korkean lämpötilan ominaisuudet, erityisesti lujuus ja korroosionkestävyys, tarjoavat huomattavia mahdollisuuksia energiateollisuuden sovelluksiin. Keraamin liitettävyyden ja liittämismenetelmien parantamisella on avainasema komponenttien kehitystyössä. Piinitridin liittämiseen liittyvät ongelmat ovat samankaltaisia kuin muillakin konstruktiokeraameilla, mutta liittämisen yhteydessä syntyvien jäännösjännitysten merkitys korostuu piinitridin pienen lämpölaajenemiskertoimen vuoksi. Keraami metalliliitosten valmistuksessa käytetään yleisimmin erilaisia diffuusioliittämismenetelmiä, esimerkiksi aktiivista tyhjöjuottamista ja diffuusiohitsausta. Korkea käyttölämpötila asettaa kuitenkin rajoituksia myös liittämismenetelmille; käytettävän juotteen ja mahdollisten välikerrosten sulamislämpötilat määräävät liitoksen korkeimman käyttölämpötilan. Kokeellisen osan tavoitteena oli valmistaa piinitridi metalliliitoksia, joiden käyttölämpötila on yli 1000 oC. Keraami metalliliitoksissa yleisesti käytetyt kaupalliset aktiivijuotteet eivät sovellu näin korkeisiin lämpötiloihin matalan sulamislämpötilansa vuoksi. Koeliitokset valmistettiin pinnoittamalla keraami titaanilla, minkä jälkeen näytteet juotettiin ei aktiivisella palladium nikkelijuotteella. Juotettaessa syntyvien jäännösjännityksien vähentämiseksi käytettiin volframi ja molybdeenivälikerroksia. Juotetut näytteet tarkastettiin rikkomattomasti korkeataajuusultraäänimenetelmällä (C SAM) ja mekaaniset ominaisuudet testattiin leikkauslujuuskokeella. Murtopinnat tarkastettiin visuaalisesti. Ultraäänikuvat vastasivat hyvin liitosten leikkauslujuuksia ja murtopinnan muotoja. Liitoksien lujuutta heikensivät selvimmin korkeasta juottolämpötilasta johtuva liitosten huokoisuus sekä suurten jäännösjännitysten aiheuttamat murtumat keraamissa. Jatkotutkimuksissa tulisi keskittyä juottosyklin kehittämiseen huokoisuuden poistamiseksi sekä jäännösjännitysten vähentämiseen välikerrostekniikalla. Lupaavimpia välikerrosmateriaaleja ovat volframi ja niobi. Myös diffuusiohitsauksen soveltuvuutta korkean lämpötilan keraami metalliliitosten valmistamiseen on selvitettävä.

    KW - silicon nitride

    KW - metals

    KW - joining

    KW - brazing

    KW - coating processes

    KW - titanium

    KW - palladium

    KW - nickel

    KW - tungsten

    KW - molybdenum

    M3 - Report

    SN - 951-38-4433-1

    T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

    BT - Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla

    PB - VTT Technical Research Centre of Finland

    CY - Espoo

    ER -

    Siren M, Heikinheimo L. Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 44 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1499).